單片機(jī)原理簡介

隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)和發(fā)展，將計(jì)算機(jī)的cpu 、ram 、 rom 、定時(shí)/數(shù)器和多種i/o接口集成在一片芯片上，形成芯片級的計(jì)算機(jī)，因此單片機(jī)早期的含義稱為單片微型計(jì)算機(jī)，直譯為單片機(jī)。

一、單片機(jī)的特點(diǎn)：

1 、具有優(yōu)異的性能價(jià)格比；
2 、集成度高、體積小、可靠性高；
3 、控制功能強(qiáng)；
4 、低電壓、低功耗 。

二、單片機(jī)的應(yīng)用：

1 、在智能儀器儀表中的應(yīng)用：在各類儀器儀表中引入單片機(jī)，使儀器儀表智能化，提高測試的自動化程度和精度，簡化儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，提高其性能價(jià)格比。

2 、在機(jī)電一體化中的應(yīng)用：機(jī)電一體化產(chǎn)品是指集機(jī)械、微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)于一本，具有智能化特征的電子產(chǎn)品。

3 、在實(shí)時(shí)過程控制中的應(yīng)用：用單片機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和控制，使系統(tǒng)保持最佳工作狀態(tài)，提高系統(tǒng)的工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 、在人類生活中的應(yīng)用：目前國外各種家用電器已普通采用單片機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的控制電路。

5 、在其它方面的應(yīng)用：單片機(jī)除以上各方面的應(yīng)用，它還廣泛應(yīng)用于辦公自動化領(lǐng)域、商業(yè)營銷領(lǐng)域、汽車及通信、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備、模糊控制等各領(lǐng)域中。

三、單片機(jī)的基本組成：

它由 cpu 、存儲器（包括 ram 和 rom ）、 i/o 接口、定時(shí) / 計(jì)數(shù)器、中斷控制功能等均集成在一塊芯片上，片內(nèi)各功能通過內(nèi)部總線相互連接起來。

輸入 / 輸出引腳 p0 、 p1 、 p2 、 p3 的功能 ：p0.0~p0 。 7 ： p0 口是一個(gè) 8 位漏極開路型雙向 i/o 端口。在訪問片外存儲器時(shí)，它分時(shí)作低 8 位地址和 8 位雙向數(shù)據(jù)總線用。在eprom 編程時(shí)，由 p0 輸入指令字節(jié)，而在驗(yàn)證程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。驗(yàn)證程序時(shí)，要求外接上拉電阻。 p0 能以吸收電流的方式驅(qū)動8個(gè)lsttl 負(fù)載。

p1. 0 ~p1. 7 （ 1~8 腳）： p1 是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。在 eprom 編程和驗(yàn)證程序時(shí)，由它輸入低 8 位地址。 p1 能驅(qū)動 4 個(gè) lsttl 負(fù)載。

在 8032/8052 中， p1. 0 還相當(dāng)于專用功能端 t2 ，即定時(shí)器的計(jì)數(shù)觸發(fā)輸入端； p1. 1 還相當(dāng)于專用功能端t2ex ，即定時(shí)器 t2 的外部控制端。p2.0~p2.7 （ 21~28 腳）： p2 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 i/o 口。在訪問外部存儲器時(shí)，由它輸出高 8 位地址。在對 eprom 編程和程序驗(yàn)證時(shí)，由它輸入高 8 位地址。 p2 可以驅(qū)動 4 個(gè) lsttl 負(fù)載。p3. 0 ~p3. 7 （ 10~17 腳）： p3 也是一上帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 i/o 口。在 mcs-51 中，這 8 個(gè)引腳還用于專門的第二功能。 p3 能驅(qū)動 4 個(gè) lsttl 負(fù)載。

p3. 0 rxd （串行口輸入）
p3. 1 txd （串行口輸出）
p3. 2 int0 （外部中斷 0 輸入）
p3. 3 int1 （外部中斷 1 輸入）
p3. 4 t0 （定時(shí)器 0 的外部輸入）
p3. 5 t1 （定時(shí)器 1 的外部輸入）
p3. 6 wr （片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通）
p3. 7 rd （片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通）

四、mcs-51 的尋址方式：
1 、立即尋址 如： mov a ， #40h
2 、直接尋址 如： mov a ， 3ah
3 、寄存器尋址 如： mov a ， rn
4 、寄存器間接尋址 如： mov a ， @rn
5 、基址加變址尋址 如： movc a ， @a+dptr
6 、相對尋址 如： sjmp 08h
7 、位尋址 mov 20h ， c

五、指令：
mov ： 片內(nèi) ram 傳送
movx ： 片外 ram 傳送
movc ： rom 傳送
xch ： 交換（和 a 交換）
swap ： a 內(nèi)半字節(jié)交換
add ：不帶進(jìn)位加
addc ：帶進(jìn)位加
subb ：帶進(jìn)位減
inc ：加 1
dec ：減 1
mul ：乘法
div ：除法
daa ：調(diào)整

六、計(jì)數(shù)初值的計(jì)算

定時(shí)或計(jì)數(shù)方式下計(jì)數(shù)初值如何確定，定時(shí)器選擇不同的工作方式，不同的操作模式其計(jì)數(shù)值均不相同。若設(shè)最大計(jì)數(shù)值為 m ，各操作模式下的 m 值為：

模式 0 ： m=2 13 =8192
模式 1 ： m=2 16 =65536
模式 2 ： m=2 8 =256
模式 3 ： m=256 ，定時(shí)器 t0 分成 2 個(gè)獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器，所以 th0 、 tl0 的 m 均為 256 。

因?yàn)?mcs-51 的兩個(gè)定時(shí)器均為加 1 計(jì)數(shù)器，當(dāng)初到最大值（ 00h 或 0000h ）時(shí)產(chǎn)生溢出，將 tf 位置 1 ，可發(fā)出溢出中斷，因此計(jì)數(shù)器初值 x 的計(jì)算式為： x=m- 計(jì)數(shù)值式中的 m 由操作模式確定，不同的操作模式計(jì)數(shù)器的長不相同，故m值也不相同。而式中的計(jì)數(shù)值與定時(shí)器的工作方式有關(guān)。

1 、計(jì)數(shù)工作方式時(shí)

計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖由外部引入，是對外部沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，因此計(jì)數(shù)值根據(jù)要求確定。其計(jì)數(shù)初值： x=m- 計(jì)數(shù)值

例如：某工序要求對外部脈沖信號計(jì) 100 次， x=m-100

2 、定時(shí)工作方式時(shí)

定時(shí)工作方式時(shí)，因?yàn)橛?jì)數(shù)脈沖由內(nèi)部供給，是對機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，故計(jì)數(shù)脈沖頻率為 f cont =f osc × 1/12 、計(jì)數(shù)周期 t=1/f cont =12/f osc 定時(shí)工作方式的計(jì)數(shù)初值 x 等于：

x=m- 計(jì)數(shù)值 =m-t/t=m- （ f osc × t ） /12

式中： f osc 為振蕩器的振蕩頻率， t 為要求定時(shí)的時(shí)間。

定時(shí)器有兩種工作方式 ：即定時(shí)和計(jì)數(shù)工作方式。由 tmod 的 d6 位和 d2 位選擇，其中 d6 位選擇 t1 的工作方式， d2 位選擇 t0 的工作方式。 =0 工作在定時(shí)方式， =1 工作在計(jì)數(shù)方式。并有四種操作模式：

1 、模式 0 ： 13 位計(jì)數(shù)器， tli 只用低 5 位。
2 、模式 1 ： 16 位計(jì)數(shù)器。
3 、模式 2 ： 8 位自動重裝計(jì)數(shù)器， thi 的值在計(jì)數(shù)中不變， tli 溢出時(shí)， thi 中的值自動裝入 tli 中。
4 、模式 3 ： t0 分成 2 個(gè)獨(dú)立的 8 位計(jì)數(shù)器， t1 停止計(jì)數(shù)。

mcs-51 有 5 個(gè)中斷源，可分為 2 個(gè)中斷優(yōu)先級，即高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，中斷自然優(yōu)先級：

外部中斷 0 ；定時(shí)器 0 中斷； 外部中斷 1 ；定時(shí)器 1 中斷 ；

串行口中斷 ；定時(shí)器 2 中斷

（ 1 ）同級或高優(yōu)先級的中斷正在進(jìn)行中；
（ 2 ）現(xiàn)在的機(jī)器周期還不是執(zhí)行指令的最后一上機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令還沒完成前不響應(yīng)任何中斷；
（ 3 ）正在執(zhí)行的是中斷返回指令 ret1 或是訪問專用寄存器 ie 或 ip 的指令，換而言之，在 reti 或者讀寫 ie 或 ip 之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求，至少要在執(zhí)行其它一要指令之扣才會響應(yīng)。

（一）中斷響應(yīng)條件

cpu 響應(yīng)中斷的條件有：
（ 1 ）有中斷源發(fā)出中斷請求；
（ 2 ）中斷總允許位 ea=1 ，即 cpu 開中斷；
（ 3 ）申請中斷的中斷源的中斷允許位為 1 ，即沒有被屏蔽。

七、串行口工作方式及幀格式

mcs-51 單片機(jī)串行口可以通過軟件設(shè)置四種工作方式：
方式 0 ：這種工作方式比較特殊，與常見的微型計(jì)算機(jī)的串行口不同，它又叫同步移位寄存器輸出方式。在這種方式下，數(shù)據(jù)從 rxd 端串行輸出或輸入，同步信號從 txd 端輸出，波特率固定不變，為振蕩率的 1/12 。該方式是以 8 位數(shù)據(jù)為一幀，沒有起始位和停止位，先發(fā)送或接收最低位。
方式 2 ：采用這種方式可接收或發(fā)送 11 位數(shù)據(jù)，以 11 位為一幀，比方式 1 增加了一個(gè)數(shù)據(jù)位，其余相同。第 9 個(gè)數(shù)據(jù)即 d8 位具有特別的用途，可以通過軟件摟控制它，再加特殊功能寄存器 scon 中的 sm2 位的配合，可使 mcs-51 單片機(jī)串行口適用于多機(jī)通信。方式 2 的波特率固定，只有兩種選擇，為振蕩率的 1/64 或 1/32 ，可由 pcon 的最高位選擇。
方式 3 ：方式 3 與方式 2 完全類似，唯一的區(qū)別是方式 3 的小組特率是可變的。而幀格式與方式 2- 樣為 11 位一幀。所以方式 3 也適合于多機(jī)通信。